雙塔斜拉橋ansys建模的案例
雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)受力分析
摘 要：以某雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋為工程背景，簡要介紹了橋梁結(jié)構(gòu)形式，并利用有限元軟件建立了全橋施工仿真分析模型，分別對施工階段和運(yùn)營階段的鋼主梁、邊跨混凝土梁、中跨混凝土橋面板、結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行了有限元力分析，計(jì)算結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，可為類似橋梁設(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。
關(guān)鍵詞：斜拉橋;疊合梁;雙索面;仿真分析;
0 引言
隨著大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，斜拉橋屬于最受歡迎的橋型之一，其滿足橋梁設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力研究受到了廣泛關(guān)注[1,2]。斜拉橋是塔、拉索和鋼主梁三種基本結(jié)構(gòu)組成的纜索承重結(jié)構(gòu)體系，屬高次超靜定結(jié)構(gòu)[3]。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)不僅充分發(fā)揮了鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)材料受力性能的優(yōu)勢，還有利于實(shí)現(xiàn)施工組織的工廠化和裝配化，提高工程質(zhì)量和施工效率[4]，在實(shí)際工程中，為確保施工期間及成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)受力的合理，往往需要提前進(jìn)行力學(xué)性能分析。本文以某雙塔雙所面大跨度疊合梁斜拉橋為例，采用Midas Civil軟件建立有限元模型，對其施工階段和運(yùn)營階段主要受力性能進(jìn)行分析，研究結(jié)果可為同類橋梁提供借鑒。
1 工程概況
橋梁全長617m，橋梁中心樁號K203+476，該橋為（54+71+360+71+54)m五跨雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，無引橋；斜拉索扇形布置，梁上索距中跨為12m，邊跨8m，塔上索距2.5～3.5m。橋面全寬為28.0m，路線中心線處梁高3.16m，邊主梁中心線處梁高2.9m。邊跨主梁采用混凝土邊主梁形式，斷面全寬28.0m，主梁橫向索中心距26m，截面端面高2.88m，中心高3.16m。本橋采用“H”形主塔，主塔塔身由上塔柱、中塔柱、下塔柱、上橫梁、下橫梁等組成。
展開 ANSYS APDL斜拉橋精細(xì)化建模與仿真分析案例 ￥39.9
模型簡介
圖1-1 Ansys斜拉橋全橋模型
圖1-2 恒載位移情況（mm）
圖1-3 索力提取（N）
本案例提供了一套基于ANSYS APDL的斜拉橋全參數(shù)化建模與仿真分析解決方案，涵蓋主梁、索塔及斜拉索的模擬，適用于橋梁工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析、索力優(yōu)化及二次開發(fā)需求。模型采用經(jīng)典單元類型（Beam188、Link180），跨徑布置為100m+220m+100m，包含完整的命令流文件（.mac）與模型數(shù)據(jù)庫文件（.cdb），用戶可直接運(yùn)行或基于現(xiàn)有框架快速擴(kuò)展功能。
1.2. 核心內(nèi)容與文件說明
1.2.1. 模型文件
stayedCableBridge.cdb：已生成的有限元模型數(shù)據(jù)庫，包含幾何、單元、材料及邊界條件定義，可直接導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行求解或后處理。【也可以直接接入到命令界面進(jìn)行修改】
Stayed Cable Bridge.mac：模型分析的APDL命令流腳本，含求解及后處理等關(guān)鍵步驟包括。
1.2.2. 模型特點(diǎn)
單元類型科學(xué)選擇：
Beam188：適用于主梁與索塔的彎曲-剪切耦合分析，支持自定義截面形狀；
Link180：模擬斜拉索的索-梁/塔錨固行為，可通過初應(yīng)變法實(shí)現(xiàn)索力精準(zhǔn)控制。
可通過節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的修改進(jìn)行：
參數(shù)化設(shè)計(jì)：跨徑、塔高、索面布置等關(guān)鍵參數(shù)可快速修改，適應(yīng)不同橋型需求。
非線性兼容性：支持幾何非線性分析（如大位移、索松弛），為復(fù)雜工況提供可靠依據(jù)。
案例優(yōu)勢與應(yīng)用場景
1.2.3.
展開 斜拉橋的建模及分析案例 ￥800
<p>斜拉橋將拉索和主梁有機(jī)地結(jié)合在一起，不僅橋型美觀，而且根據(jù)所選的索塔型式以及拉索的布置能形成多種多樣的結(jié)構(gòu)形態(tài)，易與周邊環(huán)境融合，是符合環(huán)境設(shè)計(jì)理念的橋梁形式之一。但是，斜拉橋對設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的要求非常嚴(yán)格，斜拉橋的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)與其它橋梁形式有很大不同，設(shè)計(jì)人員需具有較深厚的理論基礎(chǔ)和較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在斜拉橋設(shè)計(jì)中，不僅要對恒荷載和活荷載做靜力分析，而且必須做特征值分析、移動荷載分析、地震分析和風(fēng)荷載分析。為了決定各施工階段中設(shè)置拉索時(shí)的張力，首先要決定在成橋階段自重作用下的初始平衡狀態(tài)。</p><p>本篇文檔將先介紹建立斜拉橋分析模型的方法，然后再計(jì)算拉索初拉力的方法，并查看分析結(jié)果的方法。分析軟件選用MIDAS Civil 2019（V2.1）。軟件MIDAS Civil是通用的空間<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%9C%89%E9%99%90%E5%85%83%E5%88%86%E6%9E%90%E8%BD%AF%E4%BB%B6" rel="noopener noreferrer" target="_blank">有限元分析軟件</a>，可適用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、飛機(jī)場、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)。
展開 斜拉橋建模
斜拉橋建模的詳細(xì)步驟
某斜拉橋ANSYS模態(tài)分析 ￥3
某斜拉橋ANSYS模態(tài)分析
定義梁單元類型、材料屬性
ET,1,BEAM188
MP,EX,1,3.5e10
MP,PRXY,1,0.2
MP,DENS,1,2.6e3
!定義殼單元類型、材料屬性
ET,2,SHELL181
MP,EX,2,3.5e10
MP,PRXY,2,0.166
MP,DENS,2,3.216e3
SECTYPE,15,SHELL,,
SECDATA,0.28
!
一座懸吊-斜拉組合體系橋建模
一座懸吊-斜拉組合體系橋建模
單元類型：BEAM4 link10（纜索) mass21(附加質(zhì)量慣距)
材料：
塔/柱/加勁梁/橫隔板
MP,EX,1,3.5e10
MP,PRXY,1,0.167
mp,dens,1,2600
mp,ALPX,1,0.00001
主纜、吊索、斜索
MP,EX,2,2.0e11
MP,PRXY,2,0.3
mp,dens,2,7850
mp,ALPX,2,0.000012
鋼臂
MP,EX,3,2.0e14
MP,PRXY,3,0.000002
主梁1
MP,EX,4,3.5e10
MP,PRXY,4,0.167
mp,dens,4,2600
mp,ALPX,4,0.00001
主梁2
MP,EX,5,3.5e10
MP,PRXY,5,0.167
mp,dens,5,2600
mp,ALPX,5,0.00001
主梁單元
塔單元
柱單元
柱橫梁單元
主纜單元
斜拉索單元（中跨1#~10#）
斜拉索單元（邊跨1#~10#）
吊桿單元（1#~10#）
塔頂索鞍與塔耦合
約束及加載
z方向位移云圖
x方向應(yīng)力云圖
展開 斜拉橋索力優(yōu)化的matlab和ansys仿真
matlab和ansys聯(lián)合仿真的原理在論壇中有較多的介紹，此處不在贅述。直接以邵旭東教授等編著的《橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算》的一例子來說明斜拉橋索力優(yōu)化的matlab和ansys聯(lián)合仿真的可行性。
書中相應(yīng)的計(jì)算理論見原書p540-550。或參考郭鐘群等人的論文《基于可行域法的斜拉橋索力優(yōu)化》。
算例描述如下：
書中和該論文對算例采用了可行域法來確定索力。本貼也將采用該法。
計(jì)算的基本原理：采用matlab為主控程序，編制優(yōu)化算法程序，將ansys計(jì)算得到的彎矩作為約束條件返回給matlab優(yōu)化程序。
目標(biāo)函數(shù)：彎曲應(yīng)變能
約束條件：彎矩在可行域內(nèi)，具體表達(dá)式見原書。
利用懲罰函數(shù)將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題。
新的目標(biāo)函數(shù)：懲罰函數(shù)=彎曲應(yīng)變能+彎矩懲罰項(xiàng)
優(yōu)化方法：遺傳算法
首先，建立有限元模型如下：
matlab輸出結(jié)果：
即三索索力T1，T2，T3分別為 3137.819072011635 3303.436908252255 5114.168292024851KN，最小彎曲應(yīng)變能為3.491895730000000e+004。
索與主梁相交的三個(gè)截面的彎矩可行域?yàn)椋?截面1：md11 = 3.0973e+005 md21 = -2.6617e+006
截面2：md12 = -2.2499e+005 md22 = -2.6221e+006
截面3：md13 = -1.7047e+006 md23 = -1.8241e+006
三個(gè)截面的彎矩分別為： -2046378.2063 -1675845.4513 -1737980.5069
可見，彎矩全部落入可行域。
展開 一座懸吊-斜拉組合體系橋建模(命令流) ￥1
一座懸吊-斜拉組合體系橋建模(命令流)
原帖鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/content/post/325170
象征性收費(fèi)1元
斜拉橋鋼錨梁參數(shù)化分析 ANSYS APDL命令流 ￥168
本代碼提供了斜拉橋鋼錨梁參數(shù)化分析 ANSYS APDL，通過輸入鋼錨梁的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)即可完成建模計(jì)算，分析鋼錨梁施工過程一端滑動一端固定、兩端固定、斷索等工況，傻瓜式操作，簡單易上手。同時(shí)可以批量提取并輸出關(guān)鍵板件結(jié)果到txt文件。
支持輸入的部分參數(shù)如下：
/prep7
alp1=90-60 !主跨側(cè)縱向角度,與水平面夾角
alp2=90-57 !邊跨側(cè)縱向角度,與水平面夾角
theta1=5 !主跨側(cè)橫向角度
theta2=5 !邊跨側(cè)橫向角度
P1=5000e3 !主跨側(cè)成橋索力
P2=4500e3 !邊跨側(cè)成橋索力
P1m=6300e3 !主跨側(cè)最大索力
P2m=6300e3 !邊跨側(cè)最大索力
D1=0.377 !錨杯內(nèi)徑
D2=0.477 !錨圈外徑
L1=8.5 !鋼錨梁長度
H1=0.85-0.028 !鋼錨梁底板距離錨固點(diǎn)高差
B1=1.05 !鋼錨梁邊、中腹板中心距
L3=L1/2-1.83 !鋼錨梁中間隔板中心距
LN2=0.6 !錨固區(qū)上壓板N2長度，斜板
LN3=0.7 !錨固區(qū)下壓板N3長度，斜板
LN4=0.36 !錨固區(qū)中間加勁肋N4、N5長度
B2=D1+0.06 !N2、N3中心距，
B4=D1+0.06 !N4中心距
!主要板件厚度
*dim,tt,array,15
tt(1)=0.028 !
展開 【iSolver案例分享73】iSolver在土木工程中的應(yīng)用之斜拉橋建模與仿真
在傳統(tǒng)工程實(shí)踐中，常見的商用軟件如ANSYS、ABAQUS等被廣泛使用。但近年來，隨著國產(chǎn)自主軟件的發(fā)展，土木工程師們有了更多選擇。iSolver作為一款新興的國產(chǎn)有限元分析平臺，憑借其操作方式與ABAQUS類似的建模體驗(yàn)和較高的計(jì)算效率，逐漸引起業(yè)內(nèi)關(guān)注。本文以一座跨徑為100+220+100 m的斜拉橋為例，介紹iSolver在斜拉橋建模與仿真中的應(yīng)用，并與ANSYS計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析。
1.2. iSolver簡介
iSolver是一款純國產(chǎn)的有限元分析軟件，采用模塊化的架構(gòu)，界面與操作邏輯接近ABAQUS，便于已有大型有限元軟件使用經(jīng)驗(yàn)的工程師快速上手。其主要特點(diǎn)包括：
友好的操作體驗(yàn)：采用與ABAQUS類似的建模與求解流程，降低學(xué)習(xí)成本。
國產(chǎn)自主研發(fā)：完全獨(dú)立的求解內(nèi)核，避免對國外平臺的依賴，適合國產(chǎn)化替代需求。
工程適用性強(qiáng)：支持梁單元、桁架單元、殼單元等常用單元類型，能夠覆蓋土木工程常見結(jié)構(gòu)體系分析。
1.3. 建模背景
本文選取一座跨徑布置為100+220+100 m的斜拉橋作為研究對象（測試用，參數(shù)選取實(shí)際可以進(jìn)行調(diào)整）。主梁采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，索塔為鋼筋混凝土門式塔，斜拉索以空間對稱布置方式連接主梁與塔柱。此類結(jié)構(gòu)兼具受力復(fù)雜性與計(jì)算規(guī)模適中，適合作為有限元軟件對比驗(yàn)證的典型算例。
1.4. 建模過程
在iSolver中，建模過程大致如下：
定義單元類型：主梁、索塔均采用梁單元；斜拉索采用桁架單元，以模擬僅受拉特性。
圖1-1 定義單元類型
施加邊界條件：在橋塔基礎(chǔ)處施加約束，主梁兩端支座位置設(shè)置適當(dāng)?shù)呢Q向與水平約束。
展開 某斜拉橋ANSYS仿真分析實(shí)例
某斜拉橋ANSYS仿真分析實(shí)例
單元類型：BEAM4（塔上部 塔下部） SHELL63（橋面） LINK10（背索 主索）
材料屬性：
塔上部 塔下部
MP,EX,,3.4E10 MP,DENS,,2.5E3 MP,PRXY,,0.3
橋面
MP,EX,,3.4E10 MP,DENS,,2.5E3 MP,PRXY,,0.3
背索
MP,EX,,2E11 MP,DENS,,7.85E3 MP,PRXY,,0.3
初始應(yīng)變 3.978873577E-3
橫截面積 0.007853982
塔上部-BEAM4-1
塔下部-BEAM4-2近朝
遠(yuǎn)朝
背索
主索
橋面-AREA-4
活載
約束&重力加速度及均布壓力
拉索軸力
扭矩mx
彎矩my
彎矩mz
位移云圖
x方向應(yīng)云圖
展開 
ANSYS求斜拉橋的極限承載力
命令流如下
finish$/clear$/filename,cablestayed bridge,1
/Title,The plastic anlysis of cable-stayed bridge
/replot
/prep7
et,1,link10$et,2,beam189$keyopt,2,7,1$et,3,beam54 !定義三種單元，主梁beam188,主塔beam54,拉索link10
mp,ex,1,2.05e11$mp,prxy,1,0.3
tb,bkin,1$tbdata,1,1.67e9,0.0 !定義拉索為BKIN，定義其彈性模量泊松比、屈服點(diǎn)
mp,ex,2,3.25e10$mp,prxy,2,0.17$mp,gxy,2,1.38e10
tb,bkin,2$tbdata,1,4e7,0.0 !定義主梁為BKIN，定義其彈性模量泊松比、屈服點(diǎn)
mp,ex,3,3.45e10$mp,prxy,3,0.17$mp,gxy,2,1.47e10
tb,bkin,3$tbdata,1,5e7,0.0 !定義主塔為BKIN，定義其彈性模量泊松比、屈服點(diǎn)
sectype,1,beam,mesh$secread,mybox,,,mesh
sectype,2,beam,i$secdata,5.28,5.28,4.6,0.6,0.6,2.7
r,1,0.0084,0.003315
展開 某斜拉橋ANSYS仿真分析實(shí)例（命令流） ￥1
某斜拉橋ANSYS仿真分析實(shí)例（命令流）
鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/content/post/325519
斜拉橋索力優(yōu)化的matlab和ansys聯(lián)合仿真
matlab和ansys聯(lián)合仿真的原理在論壇中有較多的介紹，此處不在贅述。直接以邵旭東教授等編著的《橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算》的一例子來說明斜拉橋索力優(yōu)化的matlab和ansys聯(lián)合仿真的可行性。
書中相應(yīng)的計(jì)算理論見原書p540-550。或參考郭鐘群等人的論文《基于可行域法的斜拉橋索力優(yōu)化》。
算例描述如下：
書中和該論文對算例采用了可行域法來確定索力。本貼也將采用該法。
計(jì)算的基本原理：采用matlab為主控程序，編制優(yōu)化算法程序，將ansys計(jì)算得到的彎矩作為約束條件返回給matlab優(yōu)化程序。
目標(biāo)函數(shù)：彎曲應(yīng)變能
約束條件：彎矩在可行域內(nèi)，具體表達(dá)式見原書。
利用懲罰函數(shù)將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題。
新的目標(biāo)函數(shù)：懲罰函數(shù)=彎曲應(yīng)變能+彎矩懲罰項(xiàng)
優(yōu)化方法：遺傳算法
首先，建立有限元模型如下：
matlab輸出結(jié)果：
即三索索力T1，T2，T3分別為 3137.819072011635 3303.436908252255 5114.168292024851KN，最小彎曲應(yīng)變能為3.491895730000000e+004。
索與主梁相交的三個(gè)截面的彎矩可行域?yàn)椋?截面1：md11 = 3.0973e+005 md21 = -2.6617e+006
截面2：md12 = -2.2499e+005 md22 = -2.6221e+006
截面3：md13 = -1.7047e+006 md23 = -1.8241e+006
三個(gè)截面的彎矩分別為： -2046378.2063 -1675845.4513 -1737980.5069
可見，彎矩全部落入可行域。
展開 橋梁索結(jié)構(gòu)底層原理與對應(yīng)軟件實(shí)操--ANSYS斜拉橋索力優(yōu)化
教程結(jié)合Midas Civil與Ansys APDL兩套商業(yè)有限元軟件介紹索結(jié)構(gòu)底層原理與基礎(chǔ)模型的對應(yīng)關(guān)系，最后根據(jù)具體的實(shí)際案例，基于Ansys給出三種索力自動優(yōu)化算法，并利用生死單元功能對實(shí)例模型進(jìn)行施工流程模擬，確定各階段張拉索力，我們會講解算法核心部分的每一行命令流，命令流也會完整的給到大家。
本教程分為兩個(gè)部分
第一部分（理論部分）——4課時(shí)
第二部分（實(shí)例部分）——3課時(shí)
第一部分為理論基礎(chǔ)部分，詳細(xì)介紹橋梁索結(jié)構(gòu)底層原理與軟件的對應(yīng)關(guān)系。課程重點(diǎn)講解了斜拉橋配重計(jì)算原理、實(shí)用法、最小彎曲能量法、零位移法的本質(zhì)原理和手算、軟件對比。拆解Midas civil的體內(nèi)力、體外力、未閉合配合力、施工激活幾大黑箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，徹底將Midas內(nèi)部算法與索結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行一一對應(yīng)。用多個(gè)Ansys apdl基礎(chǔ)模型對Ansys的索力張拉方式、生死單元原理、非線性不收斂、零桿剛度遷移問題、斜拉橋施工合龍關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了清晰的講解。利用Midas civil和Ansys apdl對比講解無應(yīng)力狀態(tài)法的根本原理。
理論部分展示
第二部分結(jié)合一實(shí)際工程，利用Ansys的參數(shù)編譯能力，對該斜拉橋分別采用位移目標(biāo)優(yōu)化；彎矩目標(biāo)優(yōu)化；索力目標(biāo)優(yōu)化三種自動優(yōu)化算法，得到成橋狀態(tài)的最優(yōu)索力，如下圖所示。最后基于無應(yīng)力狀態(tài)法，采用生死單元功能對本模型進(jìn)行施工流程模擬，確定各階段張拉索力，以及確定合龍過程的壓重和溫度，達(dá)到理想成橋內(nèi)力狀態(tài)。
三大優(yōu)化算法與施工步索力確定結(jié)果展示
課程從基本模型入手，逐步推進(jìn)至實(shí)例模型，逐句講解算法關(guān)鍵命令流與原理，三種算法在實(shí)例模型上均取得各算法的目標(biāo)效果，并具有極強(qiáng)的深化開發(fā)和變異性。
課程內(nèi)容精煉和豐富，且講解與分析方式簡潔易懂，利于吸收和轉(zhuǎn)譯！！
**課程及命令流可私聊小編獲取
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